Věda Lekce: Země, Voda, Vzduch a Oheň
staří Řekové věřili, že existují čtyři prvky, které se všechno skládá z: země, voda, vzduch a oheň. Tato teorie byla navržena kolem roku 450
(Aristoteles také navrhl, že existuje Pátý prvek, éter, protože se zdálo divné, že hvězdy budou vyrobeny z pozemských prvků., Že by byl překvapen, učit se, že jsou ve skutečnosti skládá z mnoha prvků na zemi, a jsou tak horké, že by mohl být řekl, aby byl v jednom ohni!)
myšlenka, že tyto čtyři prvky – země, voda, vzduch a oheň – vyrobeny celá záležitost byla základním kamenem filozofie, vědy a medicíny po dva tisíce let (děti milují klást otázky na prvky).
prvky byly „čisté“, ale nemohly být nalezeny v tomto stavu na zemi. Každá viditelná věc byla tvořena nějakou kombinací země, vody, vzduchu a ohně.,
čtyři prvky byly dokonce použity k popisu čtyř temperamentů, které člověk mohl mít, a Hippocrates použil čtyři prvky k popisu čtyř „humorů“ nalezených v těle. Tyto teorie uváděly, že temperamenty a humory musí být v rovnováze mezi sebou, aby člověk byl dobře psychicky i fyzicky.
Když víme, že tyto předchozí teorie jsou falešné, a to způsobem, čtyři prvky sladit s čtyři stavy hmoty, které moderní věda se dohodla na: pevný (země), kapalné (voda), plyn (vzduch) a plazma (oheň).,
ačkoli Řekové věřili, že čtyři prvky mají neměnnou povahu, všechno bylo tvořeno různými prvky, které byly drženy pohromadě nebo tlačeny od sebe silami přitažlivosti a odpuzování, což způsobilo změnu látek. To je podobné tomu, co se skutečně děje s prvky a všemi molekulami na atomové úrovni.
hmota je cokoli, co má hmotnost a objem a je tvořeno atomy, které jsou nejmenšími částicemi hmoty. Lepení se vyskytuje mezi atomy, aby se vytvořily větší molekuly. (Kliknutím sem se dozvíte více o lepení.,) Hmotnost je, kolik hmoty je v objektu, zatímco objem je, kolik prostoru objekt zabírá. Jak jsou atomy uspořádány v objektu, určuje, zda se jedná o pevnou látku, kapalinu, plyn nebo plazmu.
- V pevné, atomy jsou zabaleny úzce spolupracovat v uspořádané vzor a nemůže pohybovat, dává solidní určitý objem a tvar. Příklady pevných látek zahrnují horniny, dřevo, kov a LED.
- v kapalině jsou atomy blízko sebe, ale mohou se pohybovat kolem sebe. To umožňuje, aby kapalina měla tvar jakékoli nádoby, do které je umístěna., Mezi příklady kapalin patří voda při pokojové teplotě, rtuť při pokojové teplotě a horká láva (roztavená hornina).
- v plynu je více prostoru mezi atomy. Atomy se mohou pohybovat tak volně, že pokud plyn není zachycen v kontejneru, atomy se rozptýlí a rozšíří po celé atmosféře. Příklady plynů jsou kyslík a dusík (ve vzduchu, který dýcháme), helium a pára (vodní pára).
- v plazmě jsou atomy rozmístěny podobně jako plyn, kromě toho, že v plazmě je tolik energie, atomy se skutečně rozdělí na menší kousky., Plazmy jsou schopny přenášet elektrický proud a vytvářet magnetická pole. Příklady plazmat zahrnují blesk, sluneční vítr, slunce, zářivky a neony.
teplota hraje důležitou roli v tom, jak jsou atomy zarovnány v látce. Obecně platí, že čím je hmota chladnější, tím blíže jsou atomy k sobě a čím je hmota teplejší, tím dále jsou atomy od sebe. Samozřejmě, teplota, při které je hmota pevná nebo kapalina, závisí na tom, z jaké látky je hmota vyrobena., Například voda při pokojové teplotě je kapalina, zatímco hornina při pokojové teplotě je pevná.
Věda Lekce: Čtyři Elementy v Každodenním Životě
První Prvek: Země
země je plná nejrůznějších hornin a minerálů, které poskytuje půdu pro růst vegetace a podporu života. Dva nejběžnější prvky v zemské kůře jsou kyslík (46%) a křemík (28%). Z tohoto důvodu je nejhojnějším minerálem v zemské kůře oxid křemičitý (oxid křemičitý). Více obyčejně známý jako písek, oxid křemičitý je hlavní složkou skla. Jak může být sklo vyrobeno z písku?, Je zajímavé, že když se oxid křemičitý zahřívá, roztaví se a stává se sklem a vytvrzuje, jak se ochladí.
bohaté usazeniny kovových rud se nacházejí v celé zemské kůře. Zatímco tyto kovy se používají při výrobě strojů, nástrojů, budov a zbraní, přímo ze země jsou tyto kovy docela zbytečné. Oheň se používá k tepelné, vylepšit, a tvar kovu tak, že stroje, kladiva, a nosníky mohou být vyrobeny z něj.
je snadné myslet na Zemi jako na pevnou nečistotu skrz a skrz, ale ve skutečnosti je tvořena několika vrstvami., Zatímco mnoho z těchto vrstev je pevných, vrstva, která obklopuje jádro, se nazývá tekuté vnější jádro. Uvnitř země je tak horko, že se hornina v této vrstvě skutečně roztavila. Pevné vnitřní jádro je stejně horké jako kapalné vrstvy, které ji obklopují, ale tlak na vnitřní jádro je tak velký, že vědci věří, že to je „stisknuto“ do pevné.
druhý prvek: Voda
voda má mnoho jedinečných vlastností. Chemický vzorec vody je H20, což znamená, že je vyroben ze dvou atomů vodíku spojených s jedním atomem kyslíku., Atomy vodíku se připevňují na jednu stranu atomu kyslíku a mají kladný náboj, zatímco atom kyslíku má záporný náboj. To polarizuje molekulu vody, podobně jako magnet, což dává molekule vody pozitivní a negativní konce.
vzhledem k tomu, že opačné náboje přitahují, molekuly vody mají tendenci „držet se“ dohromady. To dává povrchové napětí vody a umožňuje, aby se na něm vznášely předměty, jako jsou kancelářské spony.
i když nemůže rozpustit vše, voda je známá jako univerzální rozpouštědlo, protože může rozpouštět více látek než jakákoli jiná kapalina., Může rozpouštět sůl, cukr, kyseliny, alkálie, některé plyny a organický materiál.
voda, která prochází vaším tělem nebo zemí, s sebou bere chemikálie, minerály a živiny. Schopnost vody rozpouštět látky pomáhá udržovat planetu zdravou. Již více než století vypaluje spalování fosilních paliv do atmosféry velké množství oxidu uhličitého (CO2). Voda v oceánech absorbovala asi polovinu tohoto CO2 rozpuštěním plynu ze vzduchu a jeho zpracováním mořskou vegetací.,
voda má vysoký index specifického tepla, což znamená, že ke změně teploty potřebuje hodně energie. To je nezbytné pro život přežít na planetě. Množství vody na zemi udržuje planetu ve velmi krátkém, ale pohodlném teplotním rozsahu. Průměrná povrchová teplota země je 59 ° F s nejvyšší zaznamenaná teplota 135.9 ° C a nejnižší zaznamenaná teplota -128.6 ° F.
porovnat, zdálo by se logické, že Merkur, nejbližší planeta ke slunci, by to zůstat opravdu v teple na všechny povrchy, planety, bez ohledu na to jestli byl čelí slunce, nebo ne., Nicméně, zatímco povrch slunce má dosáhnout velmi vysoké teploty (až 800 ° F), navařování odvrácené od slunce klesá na chladné -280 ° F. Mercury je nedostatek vody, je zodpovědný za toto drastické změny teploty, protože suchý materiál, který tvoří jeho povrchu nemůže držet teplo jako voda.
vyzkoušet sami, jak dobře voda se udrží teplotu drastické výkyvy, dávejte pozor na změny mezi denní a noční teploty příští návštěvě námořní (u oceánu) nebo pouštní podnebí., Pravděpodobně si všimnete, že v blízkosti oceánu dochází k malé až žádné změně teploty, zatímco v poušti dochází k významné změně denních a nočních teplot.
tento vysoký měrný index tepla také pomáhá vodě uhasit oheň ochlazením povrchů paliva, které oheň hoří, a odstraňuje teplo potřebné k hoření ohně. Voda také dusí oheň tím, že brání tomu, aby se kyslík, který potřebuje spálit.,
Třetí Prvek: Vzduch
Vzduch byl považován za „čistý“ prvek, ale ve skutečnosti vzduch, který je všude kolem nás se skládá z různých plynů, zejména dusíku a kyslíku, s téměř 1% argonu a dokonce i menší množství oxidu uhličitého a dalších prvků, jako je krypton a helium. Složení vzduchu je však pro život na Zemi to pravé.
používáme hodně kyslíku můžeme získat ze vzduchu, pak vydechnout oxid uhličitý, který rostliny potřebují k výrobě jejich jídlo prostřednictvím fotosyntézy. Rostliny zase uvolňují kyslík během fotosyntézy.,
přestože je vzduch neviditelný (a většinu času zapomínáme, že je tam dokonce), zabírá prostor, má objem a vyvíjí tlak. To lze vidět, když vezmete „prázdnou“ sklenici, otočte ji vzhůru nohama a pokuste se ji zatlačit dolů na dno umyvadla plného vody.
(můžete vidět, jak se vzduch při zahřátí rozšiřuje a zmenšuje, když je chlazen tímto projektem vejce v láhvi.)
Pokud bylo sklo skutečně prázdné, voda by snadno naplnila vnitřek skla. Ale vzduch je tam a do sklenice může vstoupit jen malé množství vody., Vzduch ve skle byl stlačen a dával vodě prostor, který byl dříve obsazen vzduchem.
je dobře, že vzduch vyplňuje prázdný prostor, protože vzduch kolem nás na nás neustále tlačí. Zhroutili bychom se pod tíhou vzduchu, kromě toho, že vzduch je také uvnitř nás a vyvíjí tlak, který vyrovnává tlak vyvíjený vnějším vzduchem.
čtvrtý prvek: oheň
jak funguje oheň? Je úzce spjata se vzduchem. Oheň potřebuje tři věci, aby existoval: kyslík, palivo a teplo.,
intenzita požáru se mění, protože je závislá na kyslíku, palivu a teple, které má k dispozici. Když jsou všechny tři tyto věci v kontrolované situaci, jako jsou svíčky nebo táborák, požáry jsou považovány za užitečné. Ale když jedna nebo více z těchto věcí nejsou kontrolovány, jako je například v požáru nebo hořící budovy, požáry mohou snadno stát velmi nebezpečné.
k hašení požáru je třeba odstranit kyslík, palivo nebo teplo. „Dusit“ oheň umístěním přikrývky nebo špíny na to funguje, protože oheň zhasne bez kyslíku., Země poskytuje množství paliva ve formě dřeva a fosilních paliv, jako je uhlí. Když je palivo odstraněno, oheň nemá nic, co by hořelo a zhaslo. Voda často slouží jako účinný zdroj chlazení odstraněním tepla z ohně. To je vidět, když horká láva z vybuchující sopky vstoupí do oceánu nebo když je kbelík s vodou vyhozen na táborák.
oheň vytváří světlo, teplo a kouř rychlou chemickou reakcí zvanou spalování. Kouř je výsledkem neúplného spalování (spalování) paliva. Částice, které nebyly spáleny, se suspendují ve vzduchu., Kouř je často nebezpečný, protože obsahuje škodlivé plyny, které mohou otrávit osobu, která vdechuje příliš mnoho kouře.
možná vás překvapí, že naše těla také používají“ spalování “ k výrobě energie z kyslíku a potravin prostřednictvím metabolických procesů. Potřebujeme stálý přísun kyslíku, aby naše těla fungovala normálně; pokud je ve vzduchu příliš málo kyslíku, udusíme se. Zároveň můžeme být vděční, že ve vzduchu není více kyslíku, nebo by se chemické reakce v našem těle urychlily, což by nás brzy „havarovalo a spálilo“!,
příliš mnoho kyslíku ve vzduchu by také zvýšilo riziko požárů na zemi. Protože dusík a argon nejsou příliš reaktivní, vzduch je pro nás docela bezpečný.
Vědecké Projekty: Zkoumání Čtyř Prvků
, Aby hasicí Přístroj
aby uhasit oheň, jeden ze tří věcí, které musí být odstraněny z toho: teplo, paliva nebo kyslíku. S vědomím toho hasiči ne vždy používají vodu k uhasení požáru.,
Co Budete Potřebovat:
- Prázdná láhev soda
- 5 lžic octa
- 1/2 lžíce jedlé sody
- Čajová svíčka
Co Si Myslíte:
- zapálit svíčku.
- nalijte ocet do láhve a přidejte jedlou sodu. (Možná budete chtít použít trychtýř.) Směs by měla zhasnout.
- držte láhev bokem nad zapálenou svíčkou a ujistěte se, že žádná kapalina neunikne. Co se stane s plamenem?
Co se Stalo:
jedlá soda a ocet reagovat, aby se oxid uhličitý, plyn, který je těžší než kyslík., Když“ vylévá “ z láhve, vytlačuje lehčí kyslík od svíčky. Oheň, nyní zbavený kyslíku, již nemůže hořet.
Cestování Živiny
Voda je často nazýván Univerzální Rozpouštědlo, protože to může rozpustit více látek než jiné tekutiny, často nesoucí tyto rozpuštěné částice. Když voda putuje půdou, živiny (jídlo) a rozpuštěné částice cestují s vodou, která má být uložena někde jinde. Zde je experiment, který vizuálně demonstruje, jak se tento proces děje.,
Co Budete Potřebovat:
- 1/2 šálku suché půdy
- 1/2 lžičky modré práškové tempera barvy
- Cesty
- Širokým hrdlem sklenice (že cesty mohou odpočívat v)
- filtr na Kávu
- Kelímky nebo nádoby
- Voda
- odměrka
Co Si Myslíte:
- Smíchejte suché půdy a temperové barvy důkladně. Umístěte nálevku do nádoby a vložte kávový filtr do nálevky. Nalijte půdní směs do nálevky.
- Pomalu nalijte 1/2 šálku vody do nálevky, díval se, jak voda teče z nálevky do nádoby., Všimněte si barvy vody.
- vyjměte nálevku z nádoby a nalijte vodu do šálku nebo nádoby. Vyměňte nálevku za nádobu, přičemž kávový filtr plný písku je stále na svém místě.
- opakujte kroky 2 a 3 čerstvým 1/2 šálkem vody několikrát a po každém nalití vodu uložte do nového šálku.
co se stane:
všimnete si, že když první polovina šálku vody prošla půdou, vyšla jako velmi tmavě modrá barva. Voda však vyšla lehčí s každým dalším šálkem., Nakonec voda putující půdou vyšla ve sklenici jasně. Spočítali jste, kolik půl šálků vody bylo potřeba, aby voda byla čistá?
barva tempura v tomto experimentu představuje živiny a rozpuštěné částice nalezené v půdě. Voda je velmi účinný transportér částic, o čemž svědčí barva vody, Jak byla nalita do půdy. Půda začala s relativně vysokým množstvím živin a částic – barvou tempura., Voda protékající půdou dokázala vyzvednout velkou část „živin“ a přenést je s sebou přes nálevku. Každé následné nalévání vody zvedlo více živin. S každým nalitím, zbývající živiny stal se méně a méně, až se voda běžel jasné, a tam byly žádné další živiny odešel na cestu s vodou.,
Pozoruhodné Vědec: George Gabriel Stokes, 1819-1903
George Gabriel Stokes byl dokonalý Britský matematik v 19. Století, ale po celou svou kariéru, zdůraznil význam experimentování a řešení problémů, spíše než se zaměřit výhradně na matematiku.
experimentováním a aplikací matematiky na fyziku, Stokes přišel se zákonem, který popisuje pohyb pevné látky kapalinou nebo plynem. Známý jako Stokeův zákon, Tento zákon viskozity založil vědu hydrodynamiky., Stokeův zákon vysvětluje pohyb mraků, pohyb vln a odolnost vody vůči pohybu lodí.
většina Stokeho práce se točila kolem vln (zvuk, světlo a voda) a jak se pohybují různými médii, jako je voda a plyn. On experimentoval s tím, jak vítr ovlivňuje intenzitu zvuku a jak intenzita je ovlivněna typem plynu zvukové vlny cestovat přes. Pojmenoval a vysvětlil fluorescenci a zkoumal vlnovou teorii světla., Pracoval také na pochopení různých barevných pásů, které lze vidět ve spektru, a významně přispěl k tomu, co víme o světle a optice.
Stokes je často ve srovnání s Sir Isaac Newton, protože tam jsou četné paralely mezi Stoke život a Newton je život: oba měli průlomové objevy, rozvinuté pohybové zákony, zkoumali světlo a optika, která se konala stejné prestižní Lucasian Židle Matematiky na Univerzitě v Cambridge, a sloužil v Parlamentu.
Báječná fakta
země
většina drahých kamenů obsahuje několik prvků., Výjimka? Diamant. Všechno je to uhlík.
který z 50 států nikdy neměl zemětřesení? Severní Dakota.
rovníkový obvod Země (40 075 km) je větší než jeho polární obvod (40 008 km).
Odhaduje se, že Země váží 6, 6 sextillionu tun, nebo 5, 97 x 1024 kg. Pro srovnání, milion je 1 se 6 nulami po něm-sextillion je 1 s 21 nulami po něm. (1,000,000,000,000,000,000,000)
voda
centimetr dešťové vody odpovídá 15 palcům suchého, práškového sněhu.,
nejhlubší část oceánu je hluboká 35,813 Stop (10,916 metrů) a vyskytuje se v Mariánském příkopu v Tichém oceánu. V této hloubce je tlak 18 000 liber (9172 kilogramů) na čtvereční palec.
lidský mozek je 80% vody.
Air
8-12 mil nad zemí se nad námi pohybují řeky vzduchu známé jako proudové proudy. Několik mil široký a 1-2 míle hluboký, tyto proudy vzduchu mohou mít Rychlost větru až 250 mil za hodinu. Naopak nejsilnější hurikány mají Rychlost větru mezi 150-200 mil za hodinu.,
oheň
blesk je asi 5 000 °F (~2 800 ° C).
střed Slunce je asi 27 milionů stupňů Fahrenheita (15 milionů °C).
prvky kombinované
když vodík hoří ve vzduchu, vzniká voda.
kyslík je nejhojnějším prvkem zemské kůry, vod a atmosféry (asi 49,5%).
zvuk cestuje asi 4krát rychleji ve vodě než ve vzduchu.
voda a Vítr způsobují eroze na zemi, pohybující se velké množství písku a kamení strhnout hory a vytvářet nové struktury.,
Další Čtení
- Úvod do Světla,
- Solární Energie
- Identifikovat Skály & Minerály